为什么ROADM技术是必不可少的？

Waxberrylee

密集波分复用（DWDM）是整个光网络互联的基础，它能够在一根光纤上传输超过100个波长的信息容量，因此几乎可以抵消每比特通信信息的成本。也正是这项技术，使得企业可以将其计算和存储转移到云端，以及使普通消费者可以享受得起视频等服务。同时，DWDM也促成了5G和其他大带宽低延迟业务的发展。









在DWDM中，光层有两种技术比较关注。它们是：

• EDFA和拉曼等放大器技术
  

可以在光纤上同时放大所有波长。如果没有放大器，就必须每80公里左右对光纤上的所有波长进行解复用，以电中继的形式并分别放大每个波长。可以说，没有放大器，就没有DWDM。

• 可重构光分插复用器（ROADM）
  

可以使波长在App控制下从DWDM网络的一端路由到另一端。这一过程使得DWDM网络不需要求助于笨拙的手动多路复用和跳线，或昂贵的电路转换。

下面大家就来聊一聊其中的ROADM技术。



在DWDM网络中，波长使用OTN/G.709成帧来传输客户业务。每个波长传输单个业务接口（如10GE、100GE、FC16、STM-64）或多路复用在一起的多个业务接口。ROADM在第0层的波长上运行，对其承载的第1层OTN业务是不可见的。ROADM主要通过App控制实行三个主要功能（无需现场手动干预）：

• 波长添加/删除
  

在客户侧流量发起和终止的节点处，ROADM从DWDM链路“添加和删除”单个波长。如下图中，紫色波长的添加/删除（客户流量透明传输）发生在节点A和J。

• 波长的穿通
  

ROADM在传输节点可以穿通特定波长，如上图中的紫色波长“穿过”节点C、G和H。在这里，ROADM而不必像传统的DWDM，需要通过解复用/复用和手动连纤，有的可能还需要通过中继转换单板将信号转换为其他波长。

• 光功率的均衡
  

ROADM可以监控并均衡光纤上所有波长的光功率，为放大器提供平坦的频谱，从而最大限度地提高传输性能。

在上图中，节点A-B-D-E-G-I都位于环上，只有两个方向，大家称之为2维站点；节点J-K-L为3维站点，节点C-F-H为4维站点。在较复杂的网络中，通常会有更多维数的ROADM，尤其是有多个光纤路径需要实现冗余保护的情况下。

同时，ROADM具有添加和删除波长的灵活性。基于此，可以实现诸如波长无关、方向无关和竞争无关的单一或混合功能。













能否提供其中一种或多种功能，是由ROADM的物理结构决定，下文将对此进行更详细的讨论。

另外，另一个比较重要的考虑因素是ROADM支撑Flexble Grid灵活网格技术。而在传统的DWDM网络中，通常使用的固定网格50GHz和100GHz间隔，即Fiexed Grid。新的连续调制技术现在需要更广泛的信道宽度以获得最佳性能。



在超宽超级信道中，需要将多个载波组合在一起成为新频谱的要求。灵活的网格通过支撑可变信道宽度即实现这一点，通常以12.5GHz和6.25GHz的增量粒度来调整信道宽度。




那么，ROADM是如何工作的。让大家从光传输节点的上下文中研究ROADM开始。它有三个主要功能模块：OTN处理、ROADM组件和控制平面。



在实现OTN处理上，可以是Transponder和Muxponder，也可以使用带有电交叉功能的子架通过连接到交叉单板上的的业务卡来完成OTN成帧，从而实现发射和接收业务接口信号以及单路或多路复用的功能，并最终以彩光在DWDM光纤上传输。



如上图中的单色箭头，表示进入ROADM功能块的波长，ROADM组件块会将这些波长从DWDM链路添加/删除，以连接到其他节点。ROADM块还可以支撑从一个DWDM链路到另一个DWDM链路的各个波长的穿通。

最后，通过控制平面获取的网管信息来配置OTN处理和ROADM组件。也可以支撑与其他网络节点中的控制平面直接进行对等通信，以实现用于动态波长恢复的WASON（波长交换光网络）。

在这里，用于实现ROADM的主要光学模块是波长选择开关（WSS），WSS在App控制下运行，采用的光开关技术如LCOS或MEMS。其中，nx1 WSS表示从多个输入光纤选择波长到同一输出光纤，而1xn WSS则是将DWDM波长从同一人输入光纤分配到指定的输出光纤中。



ROADM使用WSS的互连阵列在DWDM链路之间相互改变波长，以实现直通功能。内部的WSS技术还可以均衡每个波长的光功率，以实现尽可能平滑的DWDM信号，从而达到最佳传输性能。用于波长交换的ROADM体系结构的两个主要变体是：“广播-选择，（Broadcast-Select）”和“路由-选择（Route-Select）”， 其中：

• 广播-选择（Broadcast-Select）：在每个方向使用单个WSS，并提供适用于多达9维的站点。
  

• 路由-选择（Route-Select）：在每个方向使用两个WSS，适用于较多维度需求的ROADM站点，目前最高可达20维度。
  

根据实际的需求，ROADM的体系结构可能发生很多变种，如同大家在上面提到的长无关、方向无关和竞争无关及其不同的组合。下面大家来看看这一的过程。




1. 波长无关方向相关ROADM

• 本地的添加/删除选择器采用标准固定间隔的合分波器。
• 特定的波长与特定的方向相关。
• 此ROADM具有最低的成本和最低的灵活性。
  

2. 波长无关方向相关ROADM

• 仍会使用固定波长间隔的合分波器。
• 在本地选择器中Spliter和WSS，实现了方向无关的波长添加/删除功能。
• 通过增加适度的成本实现方向无关的ROADM功能。
  

3. 波长无关和方向无关ROADM

• 固定间隔的合分波被带有可调谐收发器的M x N WSS取代。
• 在App控制下提供波长无关和方向无关的ROADM功能。
• 成本更高，灵活性更强。
  

4. 波长无关、方向无关和竞争无关ROADM

• 基于两级MEMS和LCOS技术的“竞争无关的”M x N WSS能够从多个方向接收相同的波长，并将其添加到多个方向(替换性能差的多播交换技术）。
• 在App控制下提供波长无关、方向无关和竞争无关的添加/删除功能。
• 最昂贵、最灵活的配置。
  

另外，ROADM对于实现WASON（波长交换光网络）动态恢复至关重要，它补充了链路故障时的传统保护切换。ROADM节点使用GMPLS信令相互通信，以发现网络拓扑并做出自动波长路由决策。



在开放光网络方面。ROADM还可以按功能模块进行拆分，然后将厂商私有的ROADM软硬件进行解耦，利用SDN控制器来进行统一调度。比如说由一家供应商提供由ROADM和放大器组成的开放式光线路系统（开放式OLS）。除了承载开放OLS供应商本身的波长和光谱，还承载来自第三方Transponder和Muxponder的外来波长，甚至外来频谱，



最后，总结ROADM带来的好处，如下表所示：

ROADM功能	描述	带来的好处
多维调度	使用“广播和选择”或“路由和选择”架构实现2维至20维的ROADM。	可优化ROADM节点的成本/性能。
全光波长路由	各个波长在多个ROADM节点上的路由，全部由光器件和App控制。	快速创建端到端业务传输光路，而无需昂贵的电转换。
灵活的波长添加/删除	支撑波长无关、方向无关和竞争无关的添加/删除的任意组合。	自动化端到端业务提供，在光路上从客户端接口到客户端接口。
固定和灵活栅格	支撑固定网格50/100 GHz信道间隔，或12.5 GHz和6.25 GHz粒度度的信道宽度增量的灵活网格。	使用针对不同跨度长度和光纤链路条件优化线路速率的传输方案。
集成的监控和均衡	使用嵌入式功能监控和均衡所有DWDM链路上的波长。	确保整个DWDM信号的均匀放大，以最大化传输距离。
App定义网络（SDN）	部署自动化资源调配和网络优化应用程序。	通过波长随需应变等服务创造新收入，并通过网络优化更有效地利用资本投入。
动态WSON恢复	基于使用GMPLS信令相互通信的ROADM节点的自动波长路由恢复。	补充或替换传统的自动保护切换，降低成本，提高业务和网络可用性。
开放光网络	将ROADM和放大器配置为“分离式”开放式光纤线路系统，实现解耦，以标准NETCONF/YANG接口进行控制。	采用最佳平衡方法实现灵活开放光网络。

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